波纹钢板剪力墙结构抗侧性能研究

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本文通过理论分析和有限元模拟相结合的方法,重点研究了波纹钢板剪力墙结构的抗侧性能,包括波纹钢板剪力墙和波纹钢板组合剪力墙,其中波纹钢板剪力墙包括正弦波纹钢板剪力墙和梯形波纹钢板剪力墙,波纹钢板组合剪力墙为双波纹钢板内填混凝土组合剪力墙。此外为了设计和计算方便还提出了上述波纹钢板剪力墙的简化模型。从抗侧刚度和承载力两个方面的影响,确定了波纹钢板剪力墙的放置方向,并对波纹钢板的抗侧刚度和承载力进行了分析。通过正交各向异性板理论推导了两种波纹钢板的抗侧刚度计算公式;通过对波纹钢板屈曲的理论推导和有限元模拟得到了两种波纹钢板的抗剪屈曲计算公式;通过上述公式可以得出几何参数对波纹钢板剪力墙性能的影响。同时通过对波纹钢板剪力墙高厚比的限值、局部屈曲的抑制以及抗剪屈曲和屈服发生的先后顺序对波纹钢板剪力墙的选型给出了相对应的建议。对波纹钢板组合剪力墙的抗侧性能进行了分析。与波纹钢板一样,先是对其刚度进行计算。通过对波纹钢板组合剪力墙的参数模拟发现适当减小剪跨比,有利于增加组合板的抗侧刚度和承载力;提高钢板厚度,会使组合板的承载力大幅增加;轴压比也是一个重要的影响因素。同时也发现,波纹板的波长、混凝土的强度等级和波纹角度对波纹板的承载力影响很小,不作为设计的主要参数。通过理论推导得出了波纹钢板组合剪力墙受剪情况下的设计计算公式。由于波纹钢板剪力墙的几何形状复杂,建模分析困难,所以提出了等效交叉支撑简化模型。对于波纹钢板剪力墙将抗侧刚度、屈曲应力、抗剪承载力和材料参数进行等效,初始刚度较为精确,但是得到的推覆分析曲线和滞回曲线结果吻合不是很理想;对于波纹钢板组合剪力墙同样采用等效交叉支撑简化模型,进行抗侧刚度和承载力等效,通过模拟验证发现初始刚度吻合较好,此简化模型能够较好的模拟波纹钢板组合剪力墙弹性阶段的性能。为了探究波纹钢板剪力墙在整体模型中的抗震性能,分别应用波纹钢板剪力墙和波纹钢板组合剪力墙建立了一个百米模型,并同时应用其简化模型进行了对比分析。研究发现采用等效交叉简化模型可以进行波纹钢板剪力墙结构的分析,波纹钢板剪力墙具有较好的抗震性能,适用于高层结构的抗震设计。
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